摘要：在电解铝的生产过程中，多功能天车具有重要的作用，是不可或缺的关键设备。但是由于其工作环境中存在很多干扰因素，会对PLC通讯网络产生不利的影响，这不仅会使天车做出误动作，对正常的生产作业造成影响，而且还有可能导致设备损坏，并威胁到工作人员的人身安全。因此需要对影响电解多功能天车通讯的各种因素进行全面的分析，并进行有针对性的技术改造，从而保证电解铝的安全生产。
关键词：电解铝；多功能天车；PLC通讯网络；改造技术
电解多功能天车是电解铝生产过程中的主要作业设备之一，其综合了更换阳极、加料、打壳出铝、抬母线以及抓斗捞渣等各项功能，对电解铝的生产具有重要的作用。不过由于该设备需要长期在粉尘大、强磁场环境下运行，而且在运行过程中往往处于强电流以及低电压等复杂工况条件下，因此其PLC通讯网络比较容易受到干扰，造成多功能天车出现误动等情况，进而给电解铝的正常生产以及工作人员的人身安全带来了风险隐患。本文将结合某电解铝厂的多功能天车设备分析PLC通讯网络的主要干扰因素，并对其进行技术改造，从而确保电解铝的安全生产。
一、电解多功能天车PLC通讯网络问题分析
某电解铝厂家目前主要是通过S7-300的PLC通讯网络来控制电解铝多功能电车系统的运行。该通讯系统主要包括PLC主站，设备分站、现场Profibus DP总线以及Profibus DP标准的双绞线等设备。该PLC通讯系统在运行过程中存在一些不足之处，无法完全满足电解铝生产的实际需要。
（一）感应电流对PLC通讯网络的干扰
由于电解铝的生产环境比较复杂，在生产车间存在较强的电磁场，因此在多功能天车的行走过程中，其各绝缘层的钢构件会受到磁力线的切割影响，并形成相应的电势。不同结构特点的钢构件所产生的电势也存在一定的差异，从而产生了电势差，进而导致双绞线屏蔽层内有感应电流形成，并对PLC通讯网络的正常运行造成了明显的干扰，甚至会出现通讯中断等严重故障[1]。
（二）绝缘维护不当对PLC通讯网络的干扰
电解铝厂在日常的生产管理中对一、二级绝缘缺乏有效的维护检修，而电解多功能天车由于需要长期运行在高负荷状态下，因此当通讯线屏蔽层内有强直流电窜入时，就会对电气室内的电子设备造成严重的破坏并导致PLC通讯网络无法运行，对电解铝的正常生产造成不利的影响。
（三） 动力电流等设备对PLC通讯网络的干扰
电解铝生产车间中的动力电缆以及变频器等设备也会对多功能天车PLC通讯网络中的双绞通讯线造成不利的影响，并进而干扰PLC通讯系统的正常运行。
（四）线路老化等故障对PLC通讯网络的干扰
该电解铝厂目前适用的PLC通讯网络存在一定的老化问题，而当电缆老化或者Profibus接头等故障出现时，就会影响PLC通讯网络的正常运行，且此类故障的排查存在较大的难度，因此会对电解铝的生产经营活动造成不利的影响[2]。
二、电解多功能天车PLC通讯网络问题改造技术
为了解决PLC通讯网络的上述不足之处，需要采用光缆等技术设备对其进行改造。在本次改造中主要是用光缆来取代传统通讯双绞线，并根据该电解铝厂的经济条件、技术水平以及PLC通讯网络的实际需要，在光电转换接口处采用了新型的进口Profibus DP设备。
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（一）电解多功能天车PLC通讯网络改造技术分析
1、通讯电缆改造技术
采用光缆作为PLC通讯电缆的优势在于其不仅具有较长的中继距离和较大的容量，而且抗电磁干扰能力强，绝缘性能好，能够有效提高PLC通讯网络运行的安全性和可靠性[3]。
多功能天车中的可移动设备比较多，所以要求光纤电缆要具有较高的柔性，以避免出现光缆断裂的情况。因此在本次改造中采用的光缆弯曲半径能够达到50mm左右，并能够适应零下30oC到零上70oC之间的环境温度变化，其在固定安装条件下的拉伸力最大值为400N，而在柔性安装条件下的拉伸力则为100n左右。此外其光波为660nm。
2、通讯连接器改造技术
在PLC通讯网络的改造中采用了Profibus光纤接头，其能够自动完成电气信号与光纤信号的转换处理。由于该设备具有较高的智能化水平，因此不需要对PLC通讯网络的各项参数进行人工调整，其可以根据通讯速率进行自动调整，以满足12Mbit/s以下的通讯速率要求[4]。同时在该设备中还配置了D-sub的9针插头，这样就能够利用插头直接连接PLC设备，从而实现中继器功能，有效节约了系统空间。该设备还能够直接通过9针RS485接头来为设备供电，不需要另外配备外接式电源设备。此外，该设备能够利用内置编程模块来对PLC通讯系统的运行状态进行智能化诊断，并通过LED指示灯的颜色变化来显示不同通讯状态。
3、光电中继器加设改造技术
在电解多功能天车中由于配备了称重显示屏以及多种可移动式设备，因此其通讯系统需要较长的光纤电缆，这会导致光波出现明显的衰减。为了解决这一问题，在本次改造中采用了加设光电中继器的方式来改善通讯功率，以保证PLC通讯系统的稳定运行。
改造中采用的是协议型Profibus DP现场总线中继器设备，能够为2个光纤接口、总线以及Profibus DP逻辑独立总线接口提供连接支持，并能够自动适应12Mbit/s以下通讯速率的中继要求。同时由于该设备中有光纤接口2路以及Profibus DP型电口1路，因此可以为不同拓扑网络结构提供支撑。该设备的电接口具有4000V防雷能力，并且能够通过LED指示灯的颜色变换来对电源或者光纤链路的故障发出报警信息。此外在该设备的安装过程中，在电气端口要合理设置终端电阻，以保证PLC通讯网络能够正常稳定运行。
（二）电解多功能天车PLC通讯网络问题改造效果分析
经过改造后，由于改用了光纤电缆，在各绝缘层钢构件间不再有电势差形成，而且PLC通讯网络站点间实现了电气完全绝缘，即使天车内有强直电流窜入时，电气室也不会受到影响，有效避免了电气室设备被强电流烧毁的风险。同时光波通讯方式也不会受到电解车间内的动力电缆以及变频器等设备运行的影响，这使得PLC通讯网络的抗干扰性能也得到了明显的改善，提高了PLC通讯系统运行的安全性和可靠性。此外，在改造中采用的Profibus DP中继器以及光纤接头均能够通过LED指示灯来发出故障警示信息，为故障的及时排除提供了有利条件。
三、总结
电解铝多功能天车是关键的电解铝生产设备，而PLC通讯网络的稳定性将直接关系到天车能否正常运行，因此需要针对其目前存在的问题进行技术改造。经过改造后，PLC通讯网络能够直观的显示线路状态，使工作人员能够通过动态监控更加准确的了解信息传输通道的运行状态，提高了控制信息传输的稳定性和准确性，增强了信息传输的抗干扰能力，从而为电解铝的安全生产提供了可靠的保证，并为企业创造了更大的经济效益。
参考文献：
[1]康聪明.电解多功能天车PLC通讯网络问题改造技术[J].工业技术创新,2016,03(4):606-608.
[2]陈陇海, 高东. NKM铝电解多功能天车PLC通讯系统的常见故障与处理[J]. 科技创新导报, 2018, v.15；No.437(05):95+97.
[3]周贤杰, 王红艳, ZHOUXian-Jie, et al. PLC在电解多功能天车中的控制方案[J]. 有色矿冶, 2012, 28(1):35-36.
[4]韩大红. PLC控制系统在电解铝环境中的抗干扰分析及解决方法[J]. 甘肃科技, 2013(16):30+47-48.
论文作者:汤其富
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年24期
论文发表时间:2020/3/4
标签：通讯论文; 天车论文; 多功能论文; 网络论文; 设备论文; 电解铝论文; 光纤论文; 《工程管理前沿》2019年24期论文;